Linkerhand, rechterhand: hoe een Nobelprijs eindelijk het moleculaire spiegelprobleem oploste
Sommige moleculen komen in paren die elkaars spiegelbeeld zijn, zoals een linkerhand en een rechterhand. Ze lijken bijna identiek, toch behandelt de biologie ze heel verschillend. De ene versie van een geneesmiddel kan genezen; de spiegelbeeldtweeling kan nutteloos of gevaarlijk zijn.
Dat is het probleem dat de Nobelprijs voor Scheikunde van dit jaar wilde oplossen. De prijs ging naar Henri B. Kagan en Kenso Soai voor de ontdekking van niet-lineaire effecten en zelfkatalyse in asymmetrische organische synthese. In gewone taal: ze vonden manieren om een chemische reactie te sturen zodat de ene spiegelvorm de voorkeur krijgt boven de andere, en om die voorkeur zichzelf te laten versterken.
De inzet is niet abstract. Eind jaren vijftig en begin jaren zestig werd een kalmerend middel genaamd thalidomide aan zwangere vrouwen gegeven om ochtendmisselijkheid te verlichten. De ene spiegelvorm van het molecuul hielp tegen misselijkheid; de andere kon de foetale ontwikkeling verstoren. Duizenden baby’s in tientallen landen werden geboren met ernstige ledemaatafwijkingen. De ramp hervormde de geneesmiddelenregulering wereldwijd en maakte de kwestie van moleculaire chiraliteit onmogelijk te negeren.
Scheikundigen wisten al lang dat je in theorie reacties kon ontwerpen die slechts één spiegelvorm produceren. Het raadsel was hoe je dat betrouwbaar doet. Een reactie die begint met een kleine onbalans tussen de twee vormen blijft vaak klein. Kagan’s werk toonde aan dat in bepaalde reacties de onbalans onevenredig kan groeien, een niet-lineair effect. Soai demonstreerde later zelfkatalyse, waarbij het product van een reactie zijn eigen vorming versnelt en één chiraliteit vastlegt, een soort chemisch geheugen.
Samen gaven deze ideeën scheikundigen instrumenten om reacties met veel grotere controle te sturen. Dat is belangrijk voor geneesmiddelen, waar toezichthouders nu gedetailleerde gegevens eisen over welke spiegelvorm een geneesmiddel bevat. Het is ook belangrijk voor landbouw en materialen, overal waar de vorm van een molecuul bepaalt of het werkt.
De erkenning volgt een patroon in dit Nobel-seizoen. De geneeskundeprijs eerde optogenetica, een techniek die licht gebruikt om hersencellen aan en uit te schakelen. De natuurkundeprijs ging naar de bouwers van IceCube, een kubieke kilometer grote neutrinodetector begraven in Antarctisch ijs. Zoals een Chinese wetenschapsredactie het verwoordde: de prijzen blijven het onzichtbare zichtbaar en het onmogelijke mogelijk maken.
Ook Chinese onderzoekers zijn actief op dit gebied. Instellingen in het hele land bestuderen chirale chemie en asymmetrische katalyse, en het onderwerp is een vast onderdeel van graduate-programma’s in organische synthese. De Nobel-citatie zal waarschijnlijk meer studenten er naartoe trekken.
Voor de rest van ons is de les eenvoudiger. De vorm van een molecuul is geen detail. Het kan bepalen of een medicijn een moeder helpt of haar kind schaadt. Twee scheikundigen hebben hun carrière besteed aan het leren beheersen van die vorm, en de prijs is een herinnering aan waarom het langzame werk van het begrijpen van materie nog steeds belangrijk is.